正しい空冷式チラーの選び方

チラーの設置理由として最も説得力のあるものの1つは、温度に敏感で貴重な処理装置から熱を除去するために継続的な保護を行い、ダウンタイムを最小限に抑えることです。同時に、チラーにプラント固有の給水を再循環させて再利用することで、水関連のコストを節約できます。冷却水のコストは、特に処理機器が1日に数回のシフトで稼働している場合に、急速に増大する可能性があります。システムにチラーを導入することで、使用量をモニターされている地方自治体の上下水道利用料と需要をカットして、生産予算の大幅な節約に貢献できます。さらに、チラー技術の最新の開発により、設備投資を機器ライフタイム中の非常に短い期間で回収できます。

チラーの設置場所を指定する場合、製品を適切に取り付けるために、チラーの性能要素に関する実用的な知識が不可欠です。決定する必要があるのは、使用する処理液の種類、処理冷却温度、流量と圧力の要件、動作環境、周囲温度、必要なチラーサイズ、およびその場所の空間的制約です。

処理に適した冷却液を検討する際に留意すべき主な要素は、その性能特性と装置の互換性です。冷却液の性能は、特定の温度での特性に基づいています。関連するパラメータは比熱、粘度、融点/沸点です。比熱と冷却能力には直接的な関係があります。システムを健全な状態に維持し、最適な性能を長期にわたって発揮させるために低い温度設定または高い設定温度が必要な場合は、エチレンまたはプロピレングリコールの水を適切な混合比（通常10～50%の範囲内）で混合することをお勧めします。互換性について言えば、システムサイズが不適切な場合、腐食の可能性とシールの早期劣化が一般的な故障モードです。そのため、構造材料と液の性質が重要な考慮事項であり、冷却液に腐食防止剤を混合することが推奨されます。しかし、チラー技術の最新の開発では、錆粒子による処理水汚染を防ぐため、遠心ポンプの貯蔵タンクと油圧部品はステンレス鋼で構成されており、高レベルの信頼性と温度制御を提供しています。同様に、最先端のオールアルミニウムマイクロチャンネルコンデンサは、腐食なく長寿命を発揮するように設計されており、他のタイプの熱交換器と比較して冷媒の充填量が30%少なくて済みます。

設定温度はチラーの冷却能力に影響します。温度を下げると、冷却システムに負荷がかかります。その逆も同様です。チラーの設定温度とその総冷却能力には直接的な関係があります。したがって、チラーの公開済み性能データを確認して、提案されている設置場所との関連性を確認することが重要です。同時に、露出した場所で使用することを目的としたチラーの場合は、必要な凍結保護レベル、すなわち運転中のチラーの最も低温の残留液温を確定することも同様に重要です。

産業用冷却システムを構成する際はポンプ寿命が第一に考慮されますが、まずシステム全体の圧力損失と必要流量をポンプのサイズと性能によって決定する必要があります。
圧力：サイズが小さいポンプは、冷却ループ全体の流量を低下させます。チラーに内部圧力逃がし弁が装備されている場合、処理中に液の流れが変わり、チラーに戻ります。内部圧力逃がし弁がない場合、ポンプは必要な圧力を供給しようとして、デッドヘッド圧力または制限値と呼ばれる圧力で作動します。この状態が発生すると、ポンプの寿命が大幅に短くなります。液体の流れが止まり、ポンプ内の液体が高温になり、最終的には気化してポンプの冷却能力が低下し、ベアリング、シール、インペラに過度の摩耗が発生します。システム全体の圧力損失を判断するには、処理の入口と出口に圧力計を配置し、ポンプに圧力を加えて、希望流量での圧力値を得る必要があります。
流量：処理中の流量が不十分な場合、熱伝達が不十分になり、処理の安全な実行に必要な熱の除去が行われなくなります。液体温度が上昇して設定値を超えると、サーフェス/コンポーネント温度も初期設定値よりも高い温度で定常状態に達するまで上昇し続けます。ほとんどのチラーシステムで、圧力と流量の要件が詳しく説明されています。必要な熱負荷の除去量を設計時に指定する場合、システムに組み込まれているホース、継手、接続部、および高度変化を考慮することが重要です。こうした補助的装備のサイズが適切でないと、圧力要件を大幅に大きくなる可能性があります。

周囲温度：空冷式チラーの放熱能力は、周囲温度の影響を受けます。これは、冷却システムが雰囲気/冷媒温度勾配を使用して、凝縮処理のための熱伝達を起こすためです。周囲温度が上昇すると、温度差（Δ T）が低下し、結果として総熱伝導量が減少します。チラーが水冷式コンデンサを使用している場合、周囲温度が高いと、コンプレッサ、ポンプ、電子機器などの主要コンポーネントに悪影響が及ぼされる可能性があります。これらの部品は動作中に熱を発生させ、高温になると寿命が短くなります。ガイドラインとして、外装以外の定格チラーの標準的な最大周囲温度は40℃です。
空間的制約：適切な周囲温度を維持するためには、チラーの周囲に空気の循環に十分な空間を確保することが重要です。十分な気流がない場合、空気の循環量が不十分になり、空気が急速に加熱されます。これがチラーの性能に影響を及ぼし、チラーユニットを破損させる可能性があります。

適切なサイズのチラーの選択は重要です。チラーのサイズが過小なのは常に問題になります。処理装置を適切に冷却できず、処理水温が安定しません。一方、大きすぎるチラーでは、最も効率的なレベルでの運転が不可能であり、運転コストが高くなります。用途に適したユニットサイズを決定するには、処理装置が冷却媒体に加える流量と熱エネルギー、すなわち入口と出口の間の温度変化（Δ Tで表される）を知る必要があります。計算用の式は、1秒あたりの熱エネルギー（つまり電力として一般に知られているもの）=質量流量×比熱容量×温度変化（ΔT）です。水の比熱容量は名目上4.2 kJ/kg Kと表されますが、ある割合のグリコール添加物が含まれている場合は4.8 kJ/kg Kに増加します。注＝ 1K = 1℃で、水の密度は1、すなわち水量1L =水質量1kgです。以下は、温度変化5℃で2.36 L/秒（8.5 m³/時）の流量の水を処理するために適正なkWサイズのチラーを決定する式の応用例です。1秒あたりの熱エネルギー（kJ/秒またはkW）= 2.36 L/s（流量）X 5℃（∆T）X 4.2 kJ/kg K（純水の比熱容量）、必要チラーサイズ= 49.6 kW。 また、冷却する熱負荷がすでにわかっている場合もあります。その場合、式を再配置して、異なる流量で達成できる温度差（ΔT）を決定できます(各種ポンプサイズで達成可能)。サイズ選択に影響する可能性のある状況が他にもあるかもしれません。将来のプラント拡張、高温環境への曝露、高地での設置などを計画する場合、ユニットのサイズが異なることがあります。

最新世代の空冷式チラーでは、メンテナンスの容易さ、動作安全性、インテリジェントな制御と接続性が設計の顕著な特徴です。たとえば、こういったチラーはIP54定格の防音キャノピで構成されているため、室温が-45℃まで下がる場合でも、チラーを屋内外で動作させることができます。前面に冷却システムを置き、背面に冷却水循環アセンブリを置くなど、設置されているコンポーネントに簡単にアクセスできるように特別に設計されています。広いキャノピドアとインテリジェントなレイアウトにより、メンテナンス時間が短縮され、故障を防ぐための検査が容易です。市場に出回っている革新的な新型モデルには、フロースイッチとレベルスイッチ、熱プローブ、圧力プローブ、クランクケース加熱、およびチラーを安全に動作させるストレーナなどの幅広い安全装置が搭載されています。さらに、完全密閉の冷媒システムによって冷媒ガスの漏れを防いでおり、メンテナンスは不要です。英国のFGAS規制では、FGA認定エンジニアによる年1回の検査、または大型冷蔵システムの場合は2年に1回の検査が義務付けられています。フェーズシーケンスリレーが用意されているため、配線が正しくない場合でもコンプレッサが破損するリスクがありません。こうした新しい設計では、タッチスクリーンコントローラがエネルギー効率の高いアルゴリズムで動作し、チラーセンサーすべてを1つのシステムに統合し、動作パラメータから逸脱した場合にもタイムリーに警告を発行します。11 kW以上のチラーサイズのスマートリモート監視機能を内蔵しているため、完全な接続が可能です。これにより、ユーザーの機械データが明確な形式でリアルタイムに提供され、最適な効率が確保されます。